DE19648402C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Erfassung einer Drehzahl von Elektromotoren sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur kontinuierlichen Erfassung einer Drehzahl von Elektromotoren sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Erfassung einer Drehzahl von Elektromotoren, bei welchen die Drehzahl zu Regelzwecken einem Nebenaggregat eines Kraftfahrzeuges, insbesondere einem Hilfskraft­ system zugeführt wird sowie eine Anordnung zur Durchführung des Ver­ fahrens.
In der Kraftfahrzeugtechnik ist es hinlänglich bekannt, mittels hydraulischer Fremdenergien, Hilfskraftsysteme zu realisieren. Dabei wird ein Pumpen­ system mittels eines Elektromotors angetrieben.
Gemäß DE 44 20 309 A1 ist es bekannt, Laständerungen der Hilfskraft­ systeme, die von Betriebsparametern beeinflußt werden, anhand von Dreh­ zahländerungen zu erkennen und auszuregeln.
Die Drehzahl des Elektromotors wird dabei mit Hilfe externer Sensoren, übli­ cherweise Hall-Sensoren bestimmt, die im Elektromotor angeordnet sind, und ein drehzahlabhängiges Ausgangssignal an eine Regeleinrichtung geben. Die Regeleinrichtung erkennt die von einer Solldrehzahl des Elek­ tromotors abweichenden Drehzahländerungen und regelt diese aus.
Die Verwendung eines externen Drehzahlsensors führt aber zu einem hohen Herstellungs- und Montageaufwand, da der Drehzahlsensor im Elektromotor justiert und bei dem Einsatz im Kraftfahrzeug besonders erschütterungsfest installiert werden muß.
Die Anordnung im Motor gegenüber der Motorwelle führt darüber hinaus zu Temperatur- und Dichtigkeitsproblemen, da die Verdrahtung des Sensors aus dem Motor herausgeführt werden muß.
Aus der DE-OS 16 73 364 ist eine Anordnung zur Messung der Drehzahl eines Gleichstrommotors bekannt, dessen Rotor über Bürsten und einen mit mehreren Kollektorlamellen versehenen Kollektor ein Gleichstrom zugeführt wird. Die durch den Stromwechsel von einer Kollektorlamelle zur nächsten Lamelle verursachten Stromschwankungen werden einer Impulsformerstufe zugeführt, an deren Ausgang ein Meßgerät angeschlossen ist. Beim Einsatz von Gleichstrommotoren in Nebenaggregaten bei Kraftfahrzeugen soll der Motor nur im Bedarfsfalle mit Leistung betrieben werden, um einen geringst möglichen Energieaufwand zu ermöglichen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur zuverlässigen Erfassung der Motordrehzahl anzugeben, welches ohne großen Montage- und Hilfsaufwand zu realisieren ist und den konkreten Bedarfsfall zur Hilfskraftunterstützung erkennt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß keine externen Drehzahlsenso­ ren verwendet werden und somit der damit verbundene Herstellungs-, Kon­ struktions- und Justageaufwand entfällt.
Dieses Verfahren zur Drehzahlerfassung kann vielseitig in allen Anwen­ dungsfällen des Kraftfahrzeuges eingesetzt werden, wo eine Drehzahl erfaßt werden muß. So z. B. bei Hilfskraftsystemen, Fensterhebern, Sitzverstellung u. ä. Somit muß bloß noch eine Kompaktelektronik am Einsatzort installiert werden.
In einfacher Weise kann die Drehzahl dadurch ermittelt werden, daß aus dem zeitlichen Abstand aufeinanderfolgende Ausgangssignale eine Fre­ quenz bestimmt wird.
Alternativ dazu kann die Anzahl der Ausgangssignale pro Zeiteinheit direkt ausgezählt werden.
In einem Regelkreis wird die so gemessene Drehzahl mit einer vorgegebenen Solldrehzahl des Gleichstrommotors verglichen und beste­ hende Drehzahlabweichungen werden ausgeregelt.
Außerdem ermöglicht die Ausregelung eine schnelle Reaktion des Motors auf Änderungen der Betriebsparameter, wie Last, Temperatur, Versorgungs­ spannung, da die im Motor vorhandene kinetische Energie genutzt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet unabhängig von Schwankungen der Versorgungsspannung und der Temperatur.
Da durch die Konstanthaltung der Drehzahl ein gleichmäßiges akustisches Frequenzspektrum erzeugt wird, sind im Fahrzeug auftretende Geräusch­ effekte gezielter zu bedämpfen.
Die Drehzahl wird erfaßt und vorteilhafterweise wird der Gleichstrommotor über ein pulsbreitenmoduliertes Spannungssignal angesteuert.
Bei einer von der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Lenkunterstüt­ zung wird der Sollwert der Drehzahl an die jeweilige Fahrzeuggeschwindig­ keit angepaßt.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll an­ hand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1: Anordnung zur Ansteuerung einer elektrohydraulischen Druckver­ sorgung,
Fig. 2: Drehzahlregelung im stand-by-Betrieb.
Fig. 3: Flußdiagramm eines für den Mikrocomputer in der Anordnung nach Fig. 1 vorgesehenen Programms,
In Fig. 1 ist eine elektrohydraulische Pumpenversorgung schematisch dar­ gestellt, bei welcher eine Lenkkraftunterstützung über den Öldruck in einem Umlaufsystem 5 realisiert wird.
Um die Lenkkräfte auch bei kleiner Übersetzung niedrig halten zu können, wird die Lenkarbeit durch Drucköl unterstützt, welches in einem geschlos­ senen Kreislauf transportiert wird.
Die Funktion einer solchen Hilfskraftlenkung ist hinreichend bekannt und muß deshalb nicht weiter beschrieben werden.
Die in Fig. 1 dargestellte elektrohydraulische Pumpenversorgung zeigt eine Pumpe 1 zur Regelung des Öldrucks, die von einem bürstenbehafteten Gleichstrommotor 2 getrieben wird. Der Gleichstrommotor 2 ist mit einer elektronischen Einrichtung 4 verbunden, welche wiederum an eine Regel­ einrichtung 3 führt.
Die elektronische Einrichtung 4 erkennt nach einem an sich bekannten Ver­ fahren, wie es z. B. in der DE 42 17 265 A1 bekannt ist, anhand des Motor­ stromverlaufes die Kommutierung des Gleichstrommotors und gibt ein ent­ sprechendes Ausgangssignal ab.
Dieses Kommutierungssignal ist proportional zur Drehzahl des Gleichstrom­ motors und wird von der Regeleinrichtung 3, welche vorzugsweise ein Mikroprozessor ist, ausgewertet und daraus die Drehzahl des Gleichstrom­ motors bestimmt. Die Drehzahlbestimmung kann durch ein an sich bekanntes Frequenzmeßverfahren erfolgen, bei welchem die Periodendauer, zwischen den eine Kommutierung repräsentierenden negativen oder posi­ tiven Flanken des Ausgangssignals bestimmt wird.
Mit Hilfe dieses Zeitabstandes wird berechnet, wie häufig dieses Signal pro betrachteter Zeiteinheit, z. B. einer Minute, auftritt.
Eine andere Möglichkeit sieht vor, daß die, die Kommutierung re­ präsentierende Flanke in einem Zeitraum x ausgezählt wird.
Die Regeleinrichtung 3 vergleicht die so gewonnenen Drehzahlsignale mit einer Solldrehzahl, die in ihrem Speicher abgelegt ist. Auftretende Drehzahl­ schwankungen des Gleichstrommotors werden so festgestellt und der Gleichstrommotor wird in Abhängigkeit von diesen Schwankungen von der Regeleinrichtung 3 getaktet angesteuert.
Anhand der Darstellung in Fig. 2 soll nun der Regelkreislauf im stand-by- Betrieb erläutert werden.
Der Mikroprozessor 3 steuert den Gleichstrommotor 2 so an, daß bei jeg­ licher Änderung des Drehmomentes M die gleiche Drehzahl nsollSB erreicht wird.
Der Mikroprozessor 3 steuert den Gleichstrommotor 2 über ein pulsweiten­ moduliertes Spannungssignal an, welches unabhängig vom Lastmoment des Motors das zur Aufrechterhaltung der Drehzahl nsollSB notwendige Puls- Periodendauer-Verhältnis zur Verfügung stellt.
Bordnetzspannungsänderungen und Temperatureinflüsse auf das System werden dabei ebenfalls ausgeregelt.
Zur Realisierung einer geschwindigkeitsabhängigen Lenkhilfeunterstützung wertet der Mikroprozessor 3 zusätzlich die Fahrgeschwindigkeit v des Kraft­ fahrzeuges aus. Bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit kann die Solldreh­ zahl nsoll entsprechend angepaßt werden.
Die Regelung des Gleichstrommotors in Abhängigkeit der von Änderung der Betriebsparameter, insbesondere des Lenkwinkels hervorgerufenen Dreh­ zahlschwankungen soll mit Hilfe der Fig. 3 erläutert werden.
Ausgehend von einem stand-by-Betrieb wird der Gleichstrommotor nur im Bedarfsfall mit voller Leistung betrieben.
Dem Verfahren liegt dabei die Überlegung zugrunde, daß mit erhöhter Last (steigendes Drehmoment M) die Drehzahl n des Gleichstrommotors 2 abfällt.
Nach Einschalten des Hilfskraftsystems wird durch den Mikrocomputer 3 an den Gleichstrommotor 2 ein PWM-Signal von z. B. 40% abgegeben. Der Motor 2 befindet sich im stand-by-Betrieb. Während dieses stand-by-Betriebs ist eine Drehzahlregelung aktiv, welche die augenblickliche Drehzahl n auf eine stand-by-Solldrehzahl nsollSB ausregelt, was durch Nachführen des Puls- Periodendauer-Verhältnisses des Motoransteuersignals geschieht.
Die während dieser Zeit auftretenden Drehzahlschwankungen Δn werden im Schritt 3 dahingehend ausgewertet, ob der Betrag der Schwankungen Δn über einen Zeitraum Δt1 größer ist als ein erster Schwellwert x, wodurch auf einen Einbruch der Drehzahl n geschlossen wird. Ist dies der Fall, wird bei 5 die Drehzahlregelung deaktiviert und ein PWM-Signal von 100% abgege­ ben. Der Motor arbeitet im Lastbetrieb.
Wird an Schritt 3 festgestellt, daß der Betrag Δn/Δt kleiner ist als der erste Schwellwert x, wird bei Schritt 4 abgefragt, ob das Puls/Periodendauer- Verhältnis des PWM-Signals größer ist als ein vorgegebener Schwellwert y. Ist dies der Fall, wird der Elektromotor 2 ebenfalls in den Lastbetrieb ge­ schaltet (Schritt S). Ist dies nicht der Fall, verbleibt der Motor bei Schritt 2 im stand-by-Betrieb.
Arbeitet der Elektromotor 2 im Lastbetrieb, überprüft der Mikrocomputer, ob die augenblickliche Drehzahl n während eines festen Zeitraumes Δt2 größer ist als ein Drehzahlschwellwert ns (Schritt 6). Dabei wird vorausgesetzt, daß der feste Zeitraum Δt2 einen Mindestzeitraum t überschreitet.
Ist dieser Fall eingetreten, wird darauf geschlossen, daß die Lastanforde­ rungen sich verringert haben. Der Elektromotor 2 wird im Schritt 2 wieder in den oben beschriebenen stand-by-Zustand geschaltet.

Claims (13)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Erfassung einer Drehzahl von Elektromotoren, wobei die Drehzahl zu Regelzwecken eines vom Elektromotor angetriebenen Nebenaggregates bei Kraftfahrzeugen genutzt wird, insbesondere für Hilfskraftsysteme eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl eines kommutatorbehafteten Gleichsstrommotors mit Hilfe einer elektronischen Einrichtung bestimmt wird, die Ausgangssignale in Abhängigkeit von der im Stromverlauf des Gleichstrommotors auftretenden Kommutierung abgibt, wobei in Abhängigkeit der so erfaßten Drehzahl eine Umschaltung des Gleichstrommotors vom Standby-Betrieb auf den Lastbetrieb bzw. umgekehrt erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem zeitlichen Abstand aufeinanderfolgender Ausgangssignale eine Frequenz bestimmt wird, aus welcher die Drehzahl des Gleichstrommotors ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Ausgangssignale pro Zeiteinheit direkt ausgewertet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Drehzahlabweichungen von einer vorgegebenen Solldrehzahl des Gleich­ strommotors erkannt und ausgeregelt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer Laständerung hervorgerufenen Drehzahlabweichungen ausgeregelt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer Änderung des Lenkmomentes des Kraftfahrzeuges hervorgerufenen Drehzahlabweichungen ausgeregelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll­ drehzahl entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Änderung der Versorgungsspannung hervorgerufenen Drehzahlabweichungen ausgeregelt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Temperatureinflüsse hervorgerufenen Drehzahlabweichungen ausgeregelt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotor zur Ausregelung der Drehzahlab­ weichungen getaktet angesteuert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ge­ taktete Ansteuerung des Gleichstrommotors über eine Variation der Pulsweite des Ansteuersignals erfolgt.
12. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ein Nebenaggregat eines Kraftfahrzeuges antreibende Gleichstrommotor (2) mit einer Regelelektronik (3) über eine elektronische Einrichtung (4) verbunden ist, die ein drehzahlproportionales Ausgangssignal in Abhängigkeit von der im Stromverlauf des Gleichstrommotors (2) auftretenden Kommutierung liefert, wobei die die Drehzahl auswertende Regelelektronik (3) den Gleichstrommotor (2) in Abhängigkeit von der erfassten Drehzahl vom Standby-Betrieb auf den Lastbetrieb bzw. umgekehrt schaltet.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotor (2) eine Pumpe (1) antreibt, die den Öldruck in einem Lenkunterstützungsumlaufsystem (5) realisiert.
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